扫描脉冲退火装置及方法制造方法及图纸

一种用于热处理基板的装置、系统及方法。脉冲电磁能量源能以至少100Hz的频率产生脉冲。可移动基板支撑件可相对于电磁能量脉冲移动基板。光学系统可设置在能量源和可移动基板支撑件之间，且可包含将电磁能量脉冲塑形成矩形分布的部件。控制器可命令所述电磁能量源以选定的脉冲频率产生能量脉冲。所述控制器也可命令所述可移动基板支撑件以选定的速度在平行于所述矩形分布的选定的边缘的方向上进行扫描，使得沿着平行于所述选定的边缘的直线上的每个点接收预定数量的电磁能量脉冲。

【技术实现步骤摘要】
扫描脉冲退火装置及方法本申请是申请日为2015年6月15日、申请号为201580035113.8、专利技术名称为“扫描脉冲退火装置及方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术的实施方式一般涉及制造半导体器件的方法。更具体地，本专利技术的实施方式针对热处理基板。
技术介绍
半导体器件持续缩小以符合未来性能需求。为了实现持续的缩小，掺杂源极和漏极接面的工程必须聚焦于非常小的晶格内的单原子的放置及移动。例如，一些未来器件的设计方案考虑包括少于100原子的通道区域。为了这些严格需求，需要在几个原子半径内控制掺杂原子(dopantatoms)的放置。掺杂原子的放置现通过在硅基板的源极及漏极区域植入掺杂物，接着退火基板的处理工艺来控制。可使用掺杂物以增强硅基材中的导电性、诱导对晶体结构的损坏、或控制层间的扩散。可使用原子如硼(B)、磷(P)、砷(As)、钴(Co)、铟(In)、及锑(Sb)以增强传导性。可使用硅(Si)、锗(Ge)、及氩(Ar)以诱导晶体损坏。为了控制扩散，通常使用碳(C)、氟(F)、及氮(N)。在退火期间，基板通常地被加热至高温，使得多种化学及物理反应可在基板中界定的多个IC器件中发生。退火在先前为无定形的基板区域重新产生更好的晶体结构，且通过将其原子并入基板的晶格而“活化”掺杂物。排序晶格及活化掺杂物减低所掺杂区域的电阻性。热处理(例如退火)涉及在短时间中引导相对大量的热量至基板上，且此后快速冷却基板以终止所述热处理。在一段时间内被广泛使用的热处理范例包含快速热处理(RTP)及脉冲(尖峰)退火。在脉冲列退火处理工艺中，在一系列的顺序能量脉冲中输送能量，以允许掺杂物的受控扩散和在半导体器件的期望区域内在短距离上从基板上去除损坏。在一个范例中，短距离为约一个晶面和十个晶面之间。在这个范例中，单一脉冲期间输送的能量总量仅足以提供平均扩散深度，所述平均扩散深度仅为单一晶面的一部分，因而退火处理需要多个脉冲以达到所需的掺杂物扩散或晶格损坏修正。因而，各脉冲可被称作在基板的一部分内完成的完整的微退火处理。在另一范例中，顺序脉冲的数量可在约30和约100000脉冲之间变化，每个脉冲具有约1纳秒(nsec)至约10毫秒(msec)的持续时间。在其他范例中，各脉冲的持续时间可低于10msec，例如为约1msec和约10msec之间，或为约1nsec和约10微秒(μsec)之间。在一些范例中，各脉冲的持续时间可为约1nsec和约10nsec之间，例如约1nsec。每个微退火处理特征在于加热基板的一部分至退火温度并持续一段时间，接着允许退火能量在基板内完全消耗。所给予的能量激发退火区域内的原子移动，所述退火区域随后在能量消耗后冻结。在退火区域下方紧接的区域实质为纯有序的晶体。当来自脉冲的能量传递穿过基板，最靠近有序区域的间隙原子(掺杂物或硅)被推进晶格位置。非有序进入相邻紧接晶格位置的其他原子朝向无序区域向上扩散且远离有序区域以寻找最接近可用晶格位置来占据。此外，掺杂原子由接近基板表面的高浓度地区扩散至更深入基板的较低浓度地区。各连续的脉冲从退火区域下方的有序区域向基板表面向上生长有序区域，且使掺杂物浓度分布平滑化。这个处理工艺可参考外延晶体生长，因为所述处理工艺使用完成从几个至十个晶面的退火的各脉冲能量来一层一层的进行。
技术实现思路
在多种实施方式中，用于热处理基板的装置可包括：脉冲电磁能量源。所述源能以至少100Hz的频率发出脉冲。所述装置也可包含可移动基板支撑件。所述装置也可包含设置在所述电磁能量源及所述可移动基板支撑件之间的光学系统。所述光学系统可包含将这些电磁能量的脉冲塑形成矩形分布的部件。所述装置可包含控制器，所述控制器可命令所述电磁能量源以选定的脉冲频率产生电磁能量脉冲。所述控制器也可命令所述可移动基板支撑件以选定的速度在平行于所述矩形分布的选定的边缘的方向上进行扫描，使得沿着平行于所述选定的边缘的直线上的每个点接收预定数量的电磁能量脉冲。根据多种实施方式，处理基板上具有多个晶片的基板的方法，可包含：穿过脉冲激光源的光学路径扫描所述基板。所述方法也可包含：输送多个激光脉冲至所述基板，使得所述多个激光脉冲的第一脉冲的照明面积与所述多个激光脉冲的第二脉冲的照明面积重叠，其中所述多个激光脉冲的每个脉冲具有小于约100nsec的持续时间，且基板上所述多个晶片上的每个位置接收每脉冲至少约250mJ/cm2的照明能量。根据多种实施方式，用于热处理在基板上包含多个晶片的基板的装置可包含：脉冲电磁能量源，所述脉冲电磁能量源以至少1000Hz的频率发出脉冲。所述装置也可包含可移动基板支撑件。所述装置也可包含设置在所述电磁能量源及所述可移动基板支撑件之间的光学系统。所述光学系统包含将这些电磁能量的脉冲塑形成矩形分布的部件。所述装置也包含控制器，所述控制器经构造以命令所述电磁能量源以选定的脉冲频率产生电磁能量脉冲。所述控制器也经构造以同时命令所述可移动基板支撑件以选定的速度在平行于所述矩形分布的选定的边缘的方向上进行扫描，使得沿着平行于所述选定的边缘的直线上的多个晶片上的每个点接收预定数量的电磁能量脉冲。附图说明图1为根据一个实施方式的热处理装置的示意图。图2A为说明本专利技术的基板被放置于电磁能量脉冲下方的第一位置的一个实施方式的等角视图。图2B为说明本专利技术的基板被放置于电磁能量脉冲下方的第二位置的一个实施方式的等角视图。图2C为说明本专利技术的基板被放置于电磁能量脉冲下方的第三位置的一个实施方式的等角视图。图2D为说明本专利技术的基板被放置于电磁能量脉冲下方的第四位置的一个实施方式的等角视图。图3A为在基板上第一位置中安置有电磁能量脉冲的基板的俯视视图。图3B为在基板上第二位置中安置有电磁能量脉冲的基板的俯视视图。图3C为在基板上第三位置中安置有电磁能量脉冲的基板的俯视视图。图3D为在基板上第四位置中安置有电磁能量脉冲的基板的俯视视图。图3E为在基板上第五位置中安置有电磁能量脉冲的基板的俯视视图。图4为说明用于电磁能量脉冲以达到所需桌面速度的示例配置的表格。图5为用于热处理基板的方法的框图。具体实施方式一般而言，本文使用的用词“基板”意指可由以下材料形成的物体：具有一些自然导电能力的任何材料、或可经修改以提供导电能力的材料。典型的基板材料包含(但不限于)：半导体(例如硅(Si)及锗(Ge))，以及呈现半导体特性的其他化合物。这些半导体化合物一般包含III-V族和II-VI族化合物。具有代表性的III-V族半导体化合物包含(但不限于)：砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、及氮化镓(GaN)。一般而言，用词“半导体基板”包含块状半导体基板以及具有设置在基板上的沉积层的基板。为此目的，在一些半导体基板中的由本专利技术的方法处理的沉积层通过同质外延(homoepitaxial)(例如，在硅上沉积硅)或异质外延(heteroepitaxial)(例如在硅上沉积GaAs)生长而形成。例如，本专利技术的方法可使用由异质外延方法形成的砷化镓及氮化镓基板。相似地，也可应用专利技术的方法在相对薄的晶体硅层上形成集成器件，例如薄膜晶体管(TFT)，所述晶体硅层形成在绝缘基板(例如，硅上绝缘体[SOI]基板)上。此外，可使用所述方法以制造光伏器件，例如太阳能电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于热处理基板的装置，所述装置包括：能量输入模块，所述能量输入模块具有多个脉冲激光源并产生多个激光脉冲；脉冲控制模块，所述脉冲控制模块具有一个或多个脉冲控制器，所述一个或多个脉冲控制器将所述多个脉冲激光源的单个脉冲组合为组合激光脉冲；脉冲塑形模块，所述脉冲塑形模块具有一个或多个脉冲塑形器，所述脉冲塑形器调整所述组合激光脉冲的时间分布；均化器，所述均化器调整所述组合激光脉冲的空间能量，并将所述组合激光脉冲重叠成为均匀能量场；孔构件，所述孔构件从所述均匀能量场去除剩余的边缘不均匀性；对齐模块，所述对齐模块允许所述均匀能量场与在基板支撑件上的位置对齐；以及控制器，所述控制器耦合所述能量输入模块以控制所述激光脉冲的产生。

【技术特征摘要】
2014.07.21 US 62/027,186;2015.02.04 US 62/112,0091.一种用于热处理基板的装置，所述装置包括：能量输入模块，所述能量输入模块具有多个脉冲激光源并产生多个激光脉冲；脉冲控制模块，所述脉冲控制模块具有一个或多个脉冲控制器，所述一个或多个脉冲控制器将所述多个脉冲激光源的单个脉冲组合为组合激光脉冲；脉冲塑形模块，所述脉冲塑形模块具有一个或多个脉冲塑形器，所述脉冲塑形器调整所述组合激光脉冲的时间分布；均化器，所述均化器调整所述组合激光脉冲的空间能量，并将所述组合激光脉冲重叠成为均匀能量场；孔构件，所述孔构件从所述均匀能量场去除剩余的边缘不均匀性；对齐模块，所述对齐模块允许所述均匀能量场与在基板支撑件上的位置对齐；以及控制器，所述控制器耦合所述能量输入模块以控制所述激光脉冲的产生。2.如权利要求1所述的装置，其中所述能量输入模块以至少100Hz的频率发出脉冲。3.如权利要求1所述的装置，其中所述激光脉冲包括532纳米的电磁能量和至少250mJ/cm2的能量密度。4.如权利要求1所述的装置，其中所述基板支撑件是能够移动的。5.如权利要求4所述的装置，其中所述基板支撑件在X方向和垂直于所述X方向的Y方向上是能够移动的。6.如权利要求4所述的装置，其中所述控制器控制所述可移动基板支撑件以选定的速度在平行于待处理矩形分布的选定的边缘的方向上进行扫描，使得在沿着平行于所述选定的边缘的直线上的每个点接收每点至少6个电磁能量脉冲。7.如权利要求6所述的装置，其中每一点接收至多64个电磁能量脉冲。8.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器被耦合至所述脉冲控制模块以控制脉冲特性。9.如权利要求8所述的装置，其中所述控制器被耦合至所述基板支撑件以控制所述基板支撑件的移动。10.一种用于热处理基板的装置，所述基板上包含多个晶片，所述装置包括：能量输入模块，所述能量输入模块具有多个脉冲激光源并产生多个激光脉冲；脉冲控制模块，所述脉冲控制模块具有一个或多个脉冲控制器，所述一个或多个脉冲控制器将所述多个脉冲激光源的单个脉冲组合为组合激光脉冲；脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿伦·缪尔·亨特，阿米科姆·萨德，塞缪尔·C·豪厄尔斯，道格拉斯·E·霍姆格伦，布鲁斯·E·亚当斯，西奥多·P·莫菲特，斯蒂芬·莫法特，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US